Etude du phénomème de vieillissement des transistors MOS microniques par l'analyse des caractéristiques DCG

(Reçu le 18 juillet 1991, accepté le 18 février 1992)

Abstract
A novel method of characterization of the micronic MOSFET degradation due to hot-carriers is proposed. It consists on the analysis of the leakage current variation with gate bias of the transistors studied as gate controlled diodes (GCD) by short circuiting the source and the drain. The GCD characteristics are plotted before and after stress. We show that the proposed method is considerably more sensitive than the usual methods which consist in the measurements of the threshold voltage, the transconductance or the subthreshold swing before and after stress. By comparison with the charge pumping method, the proposed shows that hot-carriers create not only oxide charges and interface states but also bulk traps near the drain. Our method confirm that degradation caused by a given drain bias saturates after a certain lapse of time depending on the applied gate bias. We have observed, after a stress, a slight relaxation of the defects which are created by hot-carriers. The density of these defects are not always maximum for a stress as it is currently admitted [1].

Résumé
Une nouvelle méthode de caractérisation du vieillissement des transistors microniques et submicroniques est proposée. Elle est basée sur l'analyse de la variation du courant de fuite en fonction de la polarisation grille des transistors étudiés comme des diodes contrôlées par grille en reliant la source et le drain. Les caractéristiques DCG sont relevées avant et après l'opération de vieillissement qui consiste à appliquer une polarisation drain et une polarisation grille , par rapport à la source, pendant un temps plus ou moins long (contrainte). Nous montrons que cette méthode est considérablement plus sensible que les méthodes usuelles qui consistent à suivre l'évolution de la tension de seuil , de la transductance ou de la pente S en régime d'inversion faible. Par rapport à la méthode de pompage de charge [2-4], elle présente l'avantage de révéler que les électrons chauds créent non seulement des charges dans l'oxyde et des états d'interface mais aussi des défauts volumiques au voisinage du drain. La méthode proposée confirme que la densité des défauts créés au cours d'une contrainte sature pour une polarisation drain donnée, au bout d'un temps plus ou moins long suivant la polarisation grille appliquée . Elle met en évidence une relaxation après une contrainte, d'environ 10 % des défauts créés par les porteurs chauds. Le nombre total de ces défauts n'est pas toujours maximum pour les contraintes comme il est souvent admis [1].